沿海平原地區農田水利工程中小型泵站設計研究

陳勝利

（山東同正勘察設計有限公司，山東 東營 257091）

我國是一個農業大國，農業對國家的經濟發展、社會穩定有著極為重要的作用。農田水利工程與農業產量密切相關，提高農田水利工程的灌溉保證率是使農田水利工程發揮作用的重要因素，提高灌溉保證率最有效的方式是建設提水泵站。平原地區廣泛存在著中大型灌區覆蓋不到的農田，隨著農田水利配套設施的日益完善，越來越多的中大型灌區外的農田采用提水泵站提高灌溉保證率。而在實際使用過程中，沿海平原地區的小型提水泵站往往在設計階段存在各種不足之處，所以對小型泵站的優化設計勢在必行。

1 沿海平原地區水利工程中小型泵站設計要點

1.1 小型泵站的分類

根據《泵站設計規范》（GB 50265—2011）（以下簡稱《規范》）［1］中對泵站等別的描述，本文中小型泵站是指設計流量小于10 m3/s、裝機容量小于1 MW的泵站。在實際的沿海平原地區農田水利設計工作中，泵站規模一般受流量參數控制。

小型泵站中常用的泵房為濕式泵房和干式泵房，水泵一般采用軸流泵、混流泵及離心泵。

1.2 小型泵站的設計原則

泵站設計需首先對水泵進行選型，根據揚程選用不同的泵型。在沿海平原地區的農田水利工程中，一般根據揚程確定泵型，然后根據流量大小確定水泵數量，最后根據確定的流量揚程查水泵廠家樣本，確定水泵的具體型號。

在實際應用中，一般軸流泵選用立式泵、濕式泵室，混流泵大多采用臥式泵、干式泵室，離心泵選用干式泵室。泵室的選型應盡量減少工程投資，提高泵站建設運行維護成本。干式泵房投資小于濕式泵房，因此一般優先考慮干式泵房。但濕式泵房的潛水軸流泵檢修特別方便，而且基層運行管理單位往往有能力自己檢修，因此，應通過綜合考慮來確定合適的泵房型式。

1.3 小型泵站的設計要點

1.3.1 水泵選型要點。在泵站設計揚程小于10 m時，一般選用軸流泵；揚程為5～20 m時，一般選用混流泵；揚程大于15 m時，一般選用離心泵。一般泵站設計流量小于1 m3/s時選用2臺，泵站流量大于1 m3/s時選用3～5臺。

在確定泵型時，水泵樣本中對應一個葉片角度、電機功率的往往有3組流量沿程，應盡量將設計流量揚程與中間的一組數據相對應，以保證水泵的設計流量盡量處于水泵的高效工作區范圍。同時，應注意在水泵的性能曲線中，對應最低啟泵水位的揚程是否能夠滿足泵站要求。在保證水泵高效率的情況下，軸流泵盡量選取低轉速泵型。

1.3.2 泵室設計要點。根據確定的泵型，選用干式泵室或濕式泵室。小型泵站設計中，干式泵室埋深一般不大于3 m，濕式泵室埋深一般不大于8 m。如果滿足不了上述要求，需綜合對比后確定泵室類型及水泵類型。

設計濕式泵室時，應先根據水源的最低取水位，基于水泵樣本確定水泵進水口高程及泵室底板高程，再根據樣本確定水泵中心離正墻距離以及同泵室內兩水泵中心線的距離。然后在滿足各距離的要求下確定泵室的尺寸，泵室的水下容積需滿足同一進水池內所有水泵設計流量的30～50倍，若不足，需加寬或者加長泵室。小型濕式泵室往往埋深較深，自重較大，沿海平原地區的地基承載力往往不能滿足要求，因此，需要在有地勘資料的情況下驗算地基承載力。如果滿足不了要求，一般采用粉噴樁或者灌注樁。粉噴樁投資較少，因此，一般采取粉噴樁，但在計算粉噴樁的復合樁基承載力時需注意樁本身的結構強度。

設計干式泵室時，若泵室底板高于渠道加大水位或者河道的防洪水位，應在泵室集水坑設置自流管排水。若泵室底板低于渠道加大水位或者河道的防洪水位，應采取鋼筋混凝土整體結構，并且在泵室集水坑內設置小型排水泵。水泵的安裝高程應根據汽化壓力值減去水泵的汽蝕余量、進水管路的水頭損失、安全余量確定。泵室的寬度應能布置開水泵及閥件，泵室的長度應滿足《規范》要求進出水管路的最小間距。在小型泵站的設計中，泵室的長度往往受水泵布置的影響，即進出水管路滿足《規范》的情況下水泵不能在相鄰管路之間布置，此時應加大管路間距，并且水泵與相鄰管道之間距離應滿足運行檢修的要求。此外，泵室上往往設置泵房，因此，泵室的尺寸還應與泵房的尺寸相配套。鋼筋混凝土干式泵室內一般設置人行通道，人行通道應避免布置在水泵及電機正上方，以免水泵及電機無法吊運。

1.3.3 進水前池、出水池及進出水管路設計要點。濕式泵房一般采用進出水池，出水管路一般比較短，干式泵房進出水管路一般比濕式泵室長。

濕式泵房根據泵站位置，進水前池分為2種。泵室放置在緊靠水源時，一般進水前池僅設置八字墻及底板。泵室放置遠離水源時，進水前池一般設置鋼筋混凝土擋墻及底板。進水前池正向布置，坡底一般按照不陡于1∶4設計，擴散角一般按不小于40°設計，并且盡量縮短進水前池長度，減少工程投資。泵室出水池一般分為正向出水和側向出水，正向出水的水流條件好于側向出水，因此盡量按正向出水布置。

干式泵房中水泵安裝高程往往高于最低啟泵水位，因此，在設計過程中往往會增加抽真空設備。離心泵后往往設置排氣閥，因此應注意排氣閥位置，切不可將排氣閥放置在閘閥上游，避免無法抽真空。同時，除特殊要求外，一般不宜在離心泵前設置閘閥，避免錯誤操作，導致水泵損壞。離心泵及小型軸流泵的進水管道設計流速一般取1.5～2.0 m/s，流速過大會急劇增加進水管道的水頭損失，降低水泵安裝高程，增加土建工程量，流速過小會加大進水管路工程量。除流速外，泵站的進出水管路也應滿足《規范》中對進出水管路的要求。如果不滿足《規范》中對進水管路的要求時，應設置下沉式進水池，將進水管路伸入進水池內，進水池一般采用鋼筋混凝土結構，以保證其耐久性。

2 沿海平原地區小型泵站設計中常見的問題及解決方式

2.1 水的腐蝕問題

沿海地區地下水及地表水含鹽量較大，對混凝土結構及鋼結構具有強腐蝕性。在部分沿海地區，水泵運行3年，部分鋼筋混凝土已經腐蝕剝落，未進行防護的進出水管路及井筒往往已經銹穿，因此，沿海地區小型泵站的設計必須考慮水對混凝土及鋼結構的腐蝕問題。

鋼筋混凝土防腐一般有3種方式，分別是混凝土中添加阻銹劑、采用抗硫酸鹽水泥、混凝土迎水面刷水泥基抗滲涂料。其中，抗硫酸鹽水泥價格較高，水泥基抗滲涂料不能解決地下水對鋼筋的腐蝕問題，因此，實際工作中常選用阻銹劑作為鋼筋混凝土防腐的方式。

濕式泵室的立式水泵一般采用混凝土井筒替代鋼制井筒，井筒厚度一般不小于30 cm，內圓外方，整體澆筑在泵室正墻上，并且設置水泵梁承擔井筒及水泵自重［2］。小型泵站還應注意井筒與側墻距離不宜過小，避免無法立模板。

干式泵房的進出水管路一般采用內外防腐措施，以保證正常使用。

2.2 泥沙的磨損問題

山東省東營市灌溉水大部分取自黃河水，而黃河水泥沙含量較大，多年運行后，往往對立式水泵的軸承磨損比較嚴重，水泵出現嚴重的抖動，效率下降甚至不能繼續使用。因此，在泥沙含量較大的取水泵站設計中，需要增加清水潤滑系統，采用設置水箱、循環泵、循環管路，減少高泥沙含量的水對水泵軸承的磨損。另外，為保證水泵安全耐久，水泵葉片及泵殼均應選用不銹鋼構件。

2.3 水泵安裝高程的安全余量問題

在泵站建成運行過程中，有些泵站往往在高于最低啟泵水位時依然無法取水。經反復驗算，發現在水泵安裝高程的計算方面不重視安全余量。市場水泵產品質量參差不齊，小廠家水泵質量往往不如大品牌水泵質量，而在實際計算過程中，設計人員往往只有品牌水泵的水泵樣本，并且部分廠家汽蝕余量存在虛標情況。因此，在計算水泵的安裝高程時，應適當加大安全余量，確保泵站在水源水位高于最低啟泵水位時即可運行，提高灌溉保證率。

2.4 水泵管路安裝問題

在工程設計過程中，應注意設計與施工相結合，水泵進出水管路法蘭應離墻邊30 cm以上，離地面應10 cm以上，以保證有足夠的安裝空間［3］。

3 結語

泵站設計中需要注意的事項比較多，本文僅列舉了實際使用過程中應注意的事項，以及沿海平原地區泵站設計中常見的問題。實際上，設計人員應嚴格按照《規范》進行設計，保證泵站建成后高效運行，保證農田灌溉系統發揮出有效的作用，以促進農業生產效率的提高。